CN219977521U - 一种检测钢水液位的差分电磁式传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种检测钢水液位的差分电磁式传感器，涉及钢水液位检测领域，包括：激励线圈组，连接外部的激励信号源，激励线圈组至少包括并联连接的第一激励线圈和第二激励线圈；第一线圈组作为第一激励线圈的接收线圈，第一线圈组包括第一液位高度检测线圈和第一补偿线圈；第二线圈组作为第二激励线圈的接收线圈，第二线圈组包括第二液位高度检测线圈和第二补偿线圈；第一液位高度检测线圈的另一端和第二液位高度检测线圈的另一端形成第一差分输出端，第一补偿线圈的另一端和第二补偿线圈的另一端形成第二差分输出端；控制装置分别连接第一差分输出端和第二差分输出端。有益效果是两个线圈组使测量范围增大，测量结果更准确。

Description

一种检测钢水液位的差分电磁式传感器

技术领域

本实用新型涉及钢水液位检测领域，尤其涉及一种检测钢水液位的差分电磁式传感器。

背景技术

近年来，随着冶金技术的不断发展和提高，连铸技术在炼钢中的作用变得越来越重要。然而，在钢材的连铸技术领域中，结晶器内钢水液位检测的精度对于钢坯质量影响巨大。因此，结晶器内钢水液位检测技术的研究一直是连铸机控制领域的一个重要研究方向。

目前国内主要使用的钢水液位检测系统包括射线式和电涡流式。射线式传感器利用放射线元素的辐射、衰减和吸收等理论来检测钢水液位高度，但由于放射性元素对人体有危害，因此需要特别的保护装置。并且放射性元素的衰减也会导致检测精度降低，需要定期校准参数，因此射线式传感器已经较少使用。

另一种主要使用的检测系统是电涡流式传感器，它利用了电磁感应原理和电涡流原理来检测钢水液位。然而，电涡流传感器的检测精度和范围偏低，抗干扰能力差。此外，由于传感器位于钢水液位的正上方附近，如果出现溢钢现象，很容易导致传感器损坏。

因此，现阶段需要探索更为先进可靠的结晶器内钢水液位检测技术，以提高钢坯质量和连铸效率。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种检测钢水液位的差分电磁式传感器，包括：

激励线圈组，连接外部的激励信号源，所述激励线圈组至少包括并联连接的第一激励线圈和第二激励线圈；

第一线圈组，作为所述第一激励线圈的接收线圈，所述第一线圈组包括第一液位高度检测线圈和第一补偿线圈；

第二线圈组，作为所述第二激励线圈的接收线圈，所述第二线圈组包括第二液位高度检测线圈和第二补偿线圈；

所述第一液位高度检测线圈的一端分别连接第一补偿线圈、所述第二液位高度检测线圈和第二补偿线圈的一端，所述第一液位高度检测线圈的另一端和所述第二液位高度检测线圈的另一端形成第一差分输出端，所述第一补偿线圈的另一端和所述第二补偿线圈的另一端形成第二差分输出端；

控制装置，分别连接所述第一差分输出端和所述第二差分输出端。

优选的，还包括屏蔽外壳，所述屏蔽外壳内置有第一容纳腔、第二容纳腔和第三容纳腔；

所述第一容纳腔沿平行于所述屏蔽外壳的长度方向设置，所述第二容纳腔和所述第三容纳腔沿垂直于所述屏蔽外壳的长度方向分别设置于所述第一容纳腔的两侧；

所述激励线圈组、所述第一线圈组和所述第二线圈组分别设于所述第一容纳腔、所述第二容纳腔和所述第三容纳腔内。

优选的，所述屏蔽外壳内还设有冷却水槽，所述冷却水槽平行设置于所述第一容纳腔的一侧，所述冷却水槽的两端分别通过冷却水管连通外部的冷却水存储设备。

优选的，还包括安装外壳，所述安装外壳包覆于所述屏蔽外壳的外部，以将所述差分电磁式传感器安装于存储有钢水的结晶器一侧的边缘位置_。

优选的，所述控制装置内还设有信号处理电路，所述控制装置通过所述信号处理电路连接所述第一差分输出端和所述第二差分输出端。

优选的，所述信号处理电路包括：

第一低通滤波器，分别连接所述第一差分输出端和所述第二差分输出端，用于对所述第一差分输出端和所述第二差分输出端输出的差分信号进行低通滤波；

信号放大器，连接所述第一低通滤波器，用于对低通滤波后的所述差分信号进行幅值放大；

高通滤波器，连接所述信号放大器，用于对幅值放大后的所述差分信号进行高通滤波；

带通滤波器，连接所述高通滤波器，用于对高通滤波后的所述差分信号进行带通滤波；

检波滤波电路，连接所述带通滤波器，用于对带通滤波后的所述差分信号进行相敏检波并进行低通滤波作为被测信号。

优选的，所述差分信号包括所述第一差分输出端产生的第一差分信号和所述第二差分输出端产生的第二差分信号；则所述检波滤波电路包括：

移相器，用于对第一参考信号进行移相得到第二参考信号；

乘法器，连接所述移相器，用于将带通滤波后的所述第一差分信号和所述第二差分信号分别与所述第一参考信号相乘并滤波得到第一乘积信号和第二乘积信号，以及将带通滤波后的所述第一差分信号和所述第二差分信号分别与所述第二参考信号相乘得到第三乘积信号和第四乘积信号；

第二低通滤波器，连接所述乘法器，用于分别对所述第一乘积信号、所述第二乘积信号、所述第三乘积信号和所述第四乘积信号机进行低通滤波得到第一液位信号、第二液位信号、第一液位反馈信号和第二液位反馈信号作为所述被测信号。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

1)差分电磁式传感器中的激励线圈组、第一线圈组和第二线圈组组成两个内置式低频传感器，分别位于差分电磁式传感器的两侧，使测量范围增大，能够有效的屏蔽半月形钢水液面不稳定的影响，对钢水液位的测量结果更准确；

2)差分电磁式传感器安装在结晶器边缘位置，本体外壳由一块整体不锈钢制作而成，可以短暂抵御溢钢现象，在冷却液充足的情况下对差分电磁式传感器进行循环冷却，使用寿命很长。

附图说明

图1为本实用新型较佳的实施例中，一种检测钢水液位的差分电磁式传感器的结构示意图；

图2为本实用新型较佳的实施例中，屏蔽外壳的结构示意图；

图3为本实用新型较佳的实施例中，一种检测钢水液位的差分电磁式传感器的安装位置示意图；

图4为本实用新型较佳的实施例中，信号处理电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实用新型并不限定于该实施方式，只要符合本实用新型的主旨，则其他实施方式也可以属于本实用新型的范畴。

本实用新型的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种检测钢水液位的差分电磁式传感器，如图1所示包括：

激励线圈组1，连接外部的激励信号源Uin，激励线圈组1至少包括并联连接的第一激励线圈L1-s和第二激励线圈L2-s；

第一线圈组2，作为第一激励线圈L1-s的接收线圈，第一线圈组包括第一液位高度检测线圈L1-r和第一补偿线圈L1-p；

第二线圈组3，作为第二激励线圈L2-s的接收线圈，第二线圈组包括第二液位高度检测线圈L2-r和第二补偿线圈L2-p；

第一液位高度检测线圈L2-r的一端分别连接第一补偿线圈L1-p、第二液位高度检测线圈L2-r和第二补偿线圈L2-p的一端，第一液位高度检测线圈L1-r的另一端和第二液位高度检测线圈L2-r的另一端形成第一差分输出端Ur，第一补偿线圈L1-p的另一端和第二补偿线圈L2-p的另一端形成第二差分输出端Up；

控制装置4，分别连接第一差分输出端和第二差分输出端。

具体的，本实施例中，差分电磁式传感器安装在钢水的结晶器的边缘，在差分电磁式传感器中设置激励线圈组1、第一线圈组2和第二线圈组3组成两个内置式低频传感器，第一激励线圈L1-s和一侧的第一线圈组2中的第一液位高度检测线圈L1-r和第二补偿线圈L1-p组成一个内置式低频传感器，第二激励线圈L1-s和另一侧的第二线圈组2中的第二液位高度检测线圈L1-r和第二补偿线圈L1-p组成另一个内置式低频传感器；其中，第一液位高度检测线圈L1-r和第二液位高度检测线圈L2-r的接收信号大小相同，相位相差180°组成检测钢水液位高度的第一差分输出端，将液位信号Ur作为差分信号输出，第一补偿线圈L1-p和第二补偿线圈L2-p的接收信号大小相同，相位相差180°组成第二差分输出端，将液位反馈信号Up作为差分信号输出；实时监测钢水液位并通过第一差分输出端和第二差分输出端分别输出差分信号,控制装置4根据差分信号计算钢水液位，两个内置式低频传感器使测量范围增大，能够有效的屏蔽半月形钢水液面不稳定的影响，使测量结果更准确。

本实用新型较佳的实施例中，还包括屏蔽外壳5，屏蔽外壳5内置有第一容纳腔51、第二容纳腔52和第三容纳腔53；

第一容纳腔51沿平行于屏蔽外壳5的长度方向设置，第二容纳腔52和第三容纳腔53沿垂直于屏蔽外壳5的长度方向分别设置于第一容纳腔51的两侧；

激励线圈组1、第一线圈组2和第二线圈组3分别设于第一容纳腔51、第二容纳腔52和第三容纳腔53内。

具体的，本实施例中，如图1所示，本实用新型的差分液位传感器本体中设有三组电磁感应线圈，分别为激励线圈组1、第一线圈组2和第二线圈组3，对应组成两个性能相同的内置式低频传感器，其中，位于中间的电磁感应线圈为激励线圈组1，两侧的分别为第一线圈组2和第二线圈组3，使得两个内置式低频传感器分别位于差分电磁式传感器的两侧，使测量范围增大。

如图1所示为激励线圈组1、第一线圈组2和第二线圈组3的电气原理示意图，第一激励线圈L1-s、第一液位高度检测线圈L1-r和第一补偿线圈L1-p组成一个内置式低频传感器，第二激励线圈L2-s、第二液位高度检测线圈L2-r和第二补偿线圈L2-p组成另一个内置式低频传感器，Uin为连接激励线圈的外部激励信号源，线圈L在差分电磁式传感器的钢结构内也作为差分电磁式传感器的激励线圈。

在结晶器的钢水槽中的钢水液位变动时，电磁感应线圈组成的内置式低频传感器会产生差分信号。

本实用新型较佳的实施例中，如图2和图3所示，还包括屏蔽外壳5，图2中左侧为屏蔽外壳5的透视图，屏蔽外壳5内还设有冷却水槽54，冷却水槽54平行设置于第一容纳腔51的一侧，冷却水槽54的两端分别通过冷却水管55连通外部的冷却水存储设备56。

具体的，本实施例中，在屏蔽外壳5中内置冷却水槽54，使用外部的冷却水存储设备56通过冷却水管55使冷却水在冷却水槽中循环给差分电磁式传感器降温，防止因高温损坏，延长使用寿命。

本实用新型较佳的实施例中，控制装置4内还设有信号处理电路41，控制装置4通过信号处理电路41连接第一差分输出端和第二差分输出端。

本实用新型较佳的实施例中，如图4所示，信号处理电路41包括：

第一低通滤波器411，分别连接第一差分输出端和第二差分输出端，用于对第一差分输出端和第二差分输出端输出的差分信号进行低通滤波；

信号放大器412，连接第一低通滤波器411，用于对低通滤波后的差分信号进行幅值放大；

高通滤波器413，连接信号放大器412，用于对幅值放大后的差分信号进行高通滤波；

带通滤波器414，连接高通滤波器413，用于对高通滤波后的差分信号进行带通滤波；

检波滤波电路415，连接带通滤波器414，用于对带通滤波后的差分信号进行相敏检波并进行低通滤波作为被测信号。

本实用新型较佳的实施例中，如图4所示，差分信号包括第一差分输出端产生的第一差分信号和第二差分输出端产生的第二差分信号；则检波滤波电路415包括：

移相器4151，用于对第一参考信号进行移相得到第二参考信号；

乘法器4152，连接移相器，用于将带通滤波后的第一差分信号和第二差分信号分别与第一参考信号相乘并滤波得到第一乘积信号和第二乘积信号，以及将带通滤波后的第一差分信号和第二差分信号分别与第二参考信号相乘得到第三乘积信号和第四乘积信号；

第二低通滤波器4153，连接乘法器4152，用于分别对第一乘积信号、第二乘积信号、第三乘积信号和第四乘积信号机进行低通滤波得到第一液位信号、第二液位信号、第一液位反馈信号和第二液位反馈信号作为被测信号。

具体的，本实施例中，电磁感应线圈组成的内置式低频传感器在钢水液位变动时发出差分信号，通过信号处理电路对差分信号依次进行低通滤波、幅值放大、高通滤波、带通滤波、相敏检波、低通滤波最后得到被测信号交给控制装置计算得到钢水液位。

第一低通滤波器411将差分信号的中心频率调整为内置式低频传感器中激励线圈发出的激励信号的频率，可以降低现场环境中无关的干扰信号的大小，同时可以避免过大的干扰信号在后续的放大电路设计中出现削顶失真产生更多的干扰信号。信号放大器412将差分信号进行幅值放大，再使用高通滤波器413和带通滤波器414对干扰信号进一步滤除。相敏检波电路415再将差分信号通过频率变化的方式转变成被测信号。

相敏检波电路415中包括移相器4151、乘法器4152和第二低通滤波器4153，移相器4151将第一参考信号进行90度移相得到第二参考信号，对于同一个第一差分信号(或者第二差分信号)，都需要在乘法器4152中同时与第一参考信号和第二参考信号相乘分别得到第一液位信号和第二液位信号(第二差分信号对应得到第一液位反馈信号和第二液位反馈信号)最后经过第二低通滤波器4153进行低通滤波作为被测信号。

第一差分信号和第二差分信号分别与第一参考信号和第二参考信号通过乘法器4152做乘法处理，然后通过第二低通滤波器4153得到直流信号，过程如下：

(1)A＝sin(ωt+α)

(2)B＝sin(ωt+β)

(3)C＝cos(β-α)/2-cos(2ωt+α+β)/2

(4)D＝cos(β-α)/2

式1为差分信号，式2位参考信号，式3为乘法器处理后的信号，式4为第二低通滤波器处理后的信号。其中：α为差分信号初相位，β为参考信号初相位，ω为信号的角频率，t为时间常数，A为差分信号，B为参考信号，C为乘法器处理后的信号，D为第二低通滤波器处理后的信号。

钢水液位信号Ur(即第一差分信号)经过相敏检波(即与第一参考信号相乘)及低通滤波后得到信号值V1(即第一液位信号)；

钢水液位信号Ur(即第一差分信号)经过参考信号90度相移的相敏检波(即与第二参考信号相乘)及低通滤波后得到信号值V2(即第二液位信号)；

钢水液位反馈信号Up(即第二差分信号)经过相敏检波(即与第一参考信号相乘)及低通滤波后得到信号值V3(即第一液位反馈信号)；

钢水液位反馈信号Up(即第二差分信号)经过参考信号90度相移的相敏检波(即与第二参考信号相乘)及低通滤波后得到信号值V4(即第二液位反馈信号)；控制装置将根据第一液位信号、第二液位信号、第一液位反馈信号和第二液位反馈信号计算得到钢水液位。

本实用新型较佳的实施例中，屏蔽外壳5的一侧的内壁上还设有温度传感器57，连接控制装置4；则控制装置号包括温度告警电路，用于在温度传感器57采集的实时温度高于温度阈值时发出温度告警。

具体的，本实施例中，如图2和图3所示，使得差分液位传感器安装在钢水槽的钢体结构内，能够短时间的抵抗钢水槽内的熔渣溢出，并且在内壁的温度传感器57检测到实时温度过高时发出温度告警提醒工作人员。

以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种检测钢水液位的差分电磁式传感器，其特征在于，包括：

激励线圈组，连接外部的激励信号源，所述激励线圈组至少包括并联连接的第一激励线圈和第二激励线圈；

第一线圈组，作为所述第一激励线圈的接收线圈，所述第一线圈组包括第一液位高度检测线圈和第一补偿线圈；

第二线圈组，作为所述第二激励线圈的接收线圈，所述第二线圈组包括第二液位高度检测线圈和第二补偿线圈；

所述第一液位高度检测线圈的一端分别连接第一补偿线圈、所述第二液位高度检测线圈和第二补偿线圈的一端，所述第一液位高度检测线圈的另一端和所述第二液位高度检测线圈的另一端形成第一差分输出端，所述第一补偿线圈的另一端和所述第二补偿线圈的另一端形成第二差分输出端；

控制装置，分别连接所述第一差分输出端和所述第二差分输出端。

2.根据权利要求1所述的差分电磁式传感器，其特征在于，还包括屏蔽外壳，所述屏蔽外壳内置有第一容纳腔、第二容纳腔和第三容纳腔；

所述第一容纳腔沿平行于所述屏蔽外壳的长度方向设置，所述第二容纳腔和所述第三容纳腔沿垂直于所述屏蔽外壳的长度方向分别设置于所述第一容纳腔的两侧；

所述激励线圈组、所述第一线圈组和所述第二线圈组分别设于所述第一容纳腔、所述第二容纳腔和所述第三容纳腔内。

3.根据权利要求2所述的差分电磁式传感器，其特征在于，所述屏蔽外壳内还设有冷却水槽，所述冷却水槽平行设置于所述第一容纳腔的一侧，所述冷却水槽的两端分别通过冷却水管连通外部的冷却水存储设备。

4.根据权利要求2所述的差分电磁式传感器，其特征在于，还包括安装外壳，所述安装外壳包覆于所述屏蔽外壳的外部，以将所述差分电磁式传感器安装于存储有钢水的结晶器一侧的边缘位置_。

5.根据权利要求1所述的差分电磁式传感器，其特征在于，所述控制装置内还设有信号处理电路，所述控制装置通过所述信号处理电路连接所述第一差分输出端和所述第二差分输出端。

6.根据权利要求5所述的差分电磁式传感器，其特征在于，所述信号处理电路包括：

第一低通滤波器，分别连接所述第一差分输出端和所述第二差分输出端，用于对所述第一差分输出端和所述第二差分输出端输出的差分信号进行低通滤波；

信号放大器，连接所述第一低通滤波器，用于对低通滤波后的所述差分信号进行幅值放大；

高通滤波器，连接所述信号放大器，用于对幅值放大后的所述差分信号进行高通滤波；

带通滤波器，连接所述高通滤波器，用于对高通滤波后的所述差分信号进行带通滤波；

检波滤波电路，连接所述带通滤波器，用于对带通滤波后的所述差分信号进行相敏检波并进行低通滤波作为被测信号。

7.根据权利要求6所述的差分电磁式传感器，其特征在于，所述差分信号包括所述第一差分输出端产生的第一差分信号和所述第二差分输出端产生的第二差分信号；则所述检波滤波电路包括：

移相器，用于对第一参考信号进行移相得到第二参考信号；

乘法器，连接所述移相器，用于将带通滤波后的所述第一差分信号和所述第二差分信号分别与所述第一参考信号相乘并滤波得到第一乘积信号和第二乘积信号，以及将带通滤波后的所述第一差分信号和所述第二差分信号分别与所述第二参考信号相乘得到第三乘积信号和第四乘积信号；

第二低通滤波器，连接所述乘法器，用于分别对所述第一乘积信号、所述第二乘积信号、所述第三乘积信号和所述第四乘积信号机进行低通滤波得到第一液位信号、第二液位信号、第一液位反馈信号和第二液位反馈信号作为所述被测信号。